Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт, техники, технологии и управления

Двухзонное регулирование электропривода постоянного тока

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Электромеханические системы» для студентов

специальности 210100 всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2009

ВВЕДЕНИЕ

Двухзонный электропривод (ЭП) – это такой электропривод, в котором изменение скорости осуществляется как ниже, так и выше номинальной.

Цель работы: исследование двухзонного регулирования для электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ).

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

В электроприводе (ЭП) постоянного тока регулирование ниже номинальной скорости осуществляется за счет изменения напряжения на якоре, а регулирование выше номинальной скорости – за счет ослабления поля двигателя. Поэтому двухзонный электропривод состоит из двух подсистем: одна изменяет напряжение на якоре, другая изменяет поле двигателя. Управление этими подсистемами может быть зависимым и независимым. Современные системы электроприводов зависимые, т.е. ослабление поля начинается при достижении напряжения или ЭДС на якоре номинальных значений.

Работа электропривода с двухзонным регулированием скорости в общем случае характеризуется следующей системой уравнений:

,	(1)
,	(2)
	(3)
	(4)
	(5)
	(6)
	(7)

где J_Σ – суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя,

кг·м²;

Мс – статический момент нагрузки, Н·м;

М – электромагнитный вращающий момент двигателя, Н·м;

е – ЭДС двигателя, В;

е_ПР – ЭДС преобразователя, В;

ω – скорость вращения двигателя, с^-1;

I – ток якоря двигателя, А;

i_В – ток в обмотке возбуждения, А;

i_ВТ – вихревые токи, А;

Wв – количество витков обмотки возбуждения;

Ф – магнитный поток, Вб;

s – коэффициент неполного сцепления.

На основании данных уравнений строится структурная схема системы двухзонного регулирования, состоящая из объекта управления (ДПТ НВ) и управляющего устройства (рис.1). На рисунке приняты следующие обозначения:

Uзс – напряжение задания скорости;

РС – регулятор скорости с передаточной функцией Wрс;

РТЯ – регулятор тока якоря с передаточной функцией Wртя;

ТПЯ – тиристорный преобразователь якоря;

kтпя – коэффициент усиления преобразователя якоря;

Тµ – постоянная времени преобразователя якоря;

ДС – датчик скорости с коэффициентом передачи kдс;

ДТЯ – датчик тока якоря с коэффициентом передачи kдтя;

Рис.1. Структурная схема системы двухзонного регулирования

ЯЦ – якорная цепь двигателя;

Rэ – полное сопротивление якорной цепи;

Tэ – электромагнитная постоянная времени двигателя;

JΣ – суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя;

Uзэ – напряжение задания ЭДС;

РЭ – регулятор ЭДС с передаточной функцией Wрэ;

РП – регулятор потока возбуждения с передаточной функцией Wрп;

ТПВ – тиристорный преобразователь возбуждения;

kтпв – коэффициент усиления преобразователя возбуждения;

Тµ – постоянная времени преобразователя возбуждения;

ДЭ – датчик ЭДС с коэффициентом передачи kдэ;

ВМ – выявитель модуля (нужен, т.к. ЭП реверсивный по якорю);

ДП – датчик потока с коэффициентом передачи kдп;

ОВ – обмотка возбуждения;

Твт – постоянная времени вихревых токов;

ТвΣ – суммарная постоянная времени обмотки возбуждения;

RвΣ – полное сопротивление цепи возбуждения;

Iв – ток возбуждения;

Iµ – ток намагничивания (часть тока возбуждения, идущая на создание магнитного потока);

kф – динамический коэффициент связывающий изменение магнитного потока и тока возбуждения (кривая намагничивания двигателя).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с теоретическим материалом.

2. Определить расчетные параметры объекта управления и управляющего устройства.

3. Произвести синтез регулятора тока.

4. Произвести синтез регулятора скорости.

5. Произвести синтез регулятора потока.

6. Произвести синтез регулятора ЭДС.

7. Осуществить моделирование двухзонного электропривода в Simulink.

8. Составить отчет по работе.

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Исходные данные. Исследуется двухзонный электропривод с ДПТ НВ марки 4ПФ132S мощностью 15кВт, параметры которого приведены в таблице 1.

Двигатель управляется от электропривода ЭПУ1М-2-4027Д УХЛ4, параметры которого приведены в таблице 2. Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1М предназначены для создания реверсивных и нереверсивных систем управления двигателями постоянного тока с одно- и двухзонным регулированием скорости. Структура условного обозначения приведена в Приложении.

Поскольку номинальное напряжение двигателя 220В, а электропривод питается от сети 380В используется трансформатор ТС-40, как рекомендуемый производителем к данному приводу. Параметры трансформатора приведены в таблице 3.

1) Определим расчетные параметры объекта управления и управляющего устройства.

где ωн – номинальная угловая скорость двигателя;

С – конструктивный коэффициент двигателя;

Iв – номинальный ток обмотки возбуждения (ОВ);

Rэ – полное сопротивление якорной цепи;

Rп – сопротивление преобразователя;

Lэ – полная индуктивность якороной цепи;

kтп – коэффициент усиления тиристорного преобразователя якоря;

kсхя – коэффициент схемы выпрямителя якоря (трехфазная мостовая);

Uуm – максимальное значение напряжения управления;

Тµ – постоянная времени преобразователя якоря;

kтпв – коэффициент усиления тиристорного преобразователя возбуждения; – коэффициент схемы выпрямителя возбуждения (однофазная мостовая);

Тµв – постоянная времени преобразователя возбуждения;

Тв – постоянная времени обмотки возбуждения;

Твт – постоянная времени вихревых токов;

Тэ – электромагнитная постоянная времени двигателя;

JΣ – суммарный момент инерции двигателя и механизма (приведенный к валу двигателя); Тм – электромеханическая постоянная времени двигателя.

2) Произведем синтез регулятора тока.

Структурная схема внутреннего контура тока представлена на рисунке ниже:

3) Произведем синтез регулятора скорости.

Структурная схема контура скорости представлена на рисунке ниже:

где Wрс – предаточная функция регулятора скорости; Тт – эквивалентная постоянная времени контура тока; kдс – коэффициент передачи датчика скорости; ωmax – максимальная угловая скорость двигателя (берем исходя из того что регулирование осуществляем до скорости 4000 об/мин).

Синтез регулятора скорости производился в соответствии с симметричным оптимумом.

В двухзонном АЭП при уменьшении потока уменьшается коэффициент в объекте регулирования контура скорости (за счет ослабления поля двигателя). Если контур скорости был оптимизирован на модульный оптимум, то эти изменения вызывают уменьшение частоты среза и уменьшение быстродействия, т.е. контур становится более демпфированным. При существующем уменьшении поля может произойти даже потеря работоспособности контура. Для того чтобы коэффициент в контуре скорости оставался неизменным при любом значении поля двигателя, на выходе регулятора скорости устанавливают делительное устройство, как показано на рисунке:

Делительное устройство на выходе РС.